基于功能化纳米石墨烯的肿瘤光热治疗和放射治疗协同效应的研究

The rapid development of nanomedicine brings many new opportunities for diagnosis and treatment of various major diseases such as cancer. In the recent few years, nano-graphene with unique physical and chemical properties has shown great promise for applications in tumor imaging and therapy. In this project, based on our previous studies of nano-graphene for in vivo tumor imaging and photothermal therapy, we will design a multifunctional nanocomposite based nano-graphene with integrated photothermal therapy and radiotherapy properties in one single system for combined cancer therapy. We will optimize the sizes and surface modifications of our nanocomposites to enhance tumor uptake and decrease reticuloendothelial system (RES) uptake, and realize in vivo targeting and tumor accumulation. The combined cancer therapy will be carried out, aiming at synergistic therapeutic effects of photothermal therapy and radiotherapy. Moreover, the radionuclide labeled functionalized nano-graphene will also be utilized in our research, to understand the in vivo distribution of nano-graphene, as well as to monitor the therapeutic outcomes after treatment. It is hoped that the imaging-guided combined cancer therapy to be demonstrated in this proposal using nano-graphene based nanocomposites will bring new ideas and possibilities for treatment of cancer.

纳米医学的迅速发展为重大疾病如癌症的检测和治疗提供了新的机遇。具有独特的物理化学性质的纳米石墨烯在肿瘤成像和光热治疗中有着广泛的应用前景。本项目中，申请人拟在前期基于纳米石墨烯的活体肿瘤成像及光热治疗等相关工作的基础上，以功能化纳米石墨烯为基底，构建具有光热治疗和放射治疗协同效应的新型多功能复合纳米材料。我们将通过改进材料的尺寸和表面修饰，得到具有肿瘤高富集、相对低的网状内皮系统吞噬的生物安全性功能化纳米材料，并在动物模型上实现肿瘤的靶向富集，利用功能化纳米石墨烯的光疗和放疗对肿瘤进行联合治疗。此外，标记在纳米石墨烯表面的核素将被进一步用于跟踪纳米石墨烯在体内的分布和治疗过程中的实时显像，以期实现成像模式指导下的肿瘤联合治疗，为恶性肿瘤治疗这一重大难题提供新的可能手段。

针对目前肿瘤诊疗方面存在的不足，申请人在本项目中主要以石墨烯为载体，构建多功能纳米复合物，并对其进行适当的表面修饰，使其具有良好的水溶性和生物相容性。此外，我们将临床上常用的放射性核素碘-131标记到纳米石墨烯上，研究放射性核素标记的纳米石墨烯在生物体内的药代动力学行为以及生物分布，以期确定和优化最佳的生物安全剂量。同时，利用纳米石墨烯的近红外强吸收性质以及碘-131释放的射线，实现核素成像模式导航下的肿瘤光热治疗和放疗的协同治疗。经过三年的研究，我们通过构建纳米石墨烯多功能复合物并对其进行适当的表面修饰，优化放射性核素的标记方法，提高标记产率和稳定性，在成像引导下的肿瘤放疗与联合治疗方面取得了一定的研究进展，达到了项目的预期目标，保质保量的完成本项目。此外，除了发展基于纳米石墨烯及其复合物在生物影像以及肿瘤光热治疗和放疗增效方面应用的同时，我们也发展了基于金属硫化物（如：硫化铜纳米颗粒和硫化钨纳米片）和有机纳米载体在生物医学方面的应用。利用其独特的物理化学性质，我们可以将放射性核素通过元素之间的配位作用，螯合或掺杂等方式标记纳米材料，实现多模式成像指导下的肿瘤放疗与联合治疗, 取得了初步的研究成果。共发表高水平SCI论文15篇，申请发明专利3项，授权1项。 在项目执行期间，申请人获得江苏省优秀博士论文；苏州大学东吴学者；苏州市高层次紧缺人才。 2015年获得教育部自然科学二等奖（第三完成人）。2016年获得江苏省科技技术奖一等奖（第二完成）。